Epilessia, SV2A e il legame con il primo farmaco stampato in 3D
Un team internazionale guidato dallo St. Jude Children’s Research Hospital e dal UT Southwestern Medical Center ha descritto in dettaglio come alcuni farmaci antiepilettici interagiscono con il loro bersaglio, la Synaptic Vesicle Glycoprotein 2A (SV2A). Questo lavoro è particolarmente rilevante perché uno di questi farmaci, levetiracetam, è alla base di SPRITAM®, il primo e finora unico farmaco stampato in 3D approvato dalla FDA tramite la tecnologia ZipDose®. Lo studio fornisce una mappa strutturale di SV2A, collegando direttamente il disegno dei farmaci alla possibilità di produrli in forme personalizzate, anche tramite stampa 3D.
Cos’è SV2A e perché è così importante per l’epilessia
SV2A è una glicoproteina di membrana presente sulle vescicole sinaptiche praticamente in tutti i neuroni. Appartiene alla Major Facilitator Superfamily (MFS), un’ampia famiglia di trasportatori di membrana. Diversi studi hanno mostrato che una riduzione dell’espressione di SV2A è associata a una maggiore suscettibilità alle crisi: modelli animali con carenza di SV2A sviluppano convulsioni più facilmente e vanno incontro a un’epilettogenesi accelerata. Anche in campioni di tessuto di pazienti con epilessia è stata osservata una riduzione di SV2A, suggerendo un ruolo diretto nella stabilità dell’attività sinaptica.
Il nuovo lavoro di St. Jude e UT Southwestern: SV2A vista al dettaglio atomico
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno ottenuto strutture ad altissima risoluzione della SV2A umana in diverse condizioni, usando cryo-electron microscopy (cryo-EM). Sono state analizzate la forma apo (senza ligando), i complessi con il farmaco antiepilettico levetiracetam, con il tracciante PET UCB-J, con il farmaco sperimentale padsevonil e con il modulatore allosterico UCB1244283.
Questa batteria di strutture consente di confrontare direttamente lo stato “a riposo” di SV2A con gli stati in cui la proteina è occupata da farmaci con profili farmacologici diversi, permettendo di capire quali movimenti molecolari sono alla base dell’effetto terapeutico.
La tasca di legame principale: come agiscono levetiracetam e UCB-J
Le strutture mostrano che levetiracetam e UCB-J si legano a una tasca di legame principale situata in un vestibolo accessibile dalla faccia citoplasmatica della proteina. Il legame di questi ligandi induce una occlusione del vestibolo, un tipo di cambiamento conformazionale tipico dei trasportatori MFS, che non era stato osservato nelle precedenti strutture di SV2A.
Questo “blocco” del vestibolo suggerisce che i farmaci agiscano stabilizzando una conformazione di SV2A che altera il ciclo di trasporto o l’interazione con altre componenti della vescicola sinaptica, modulando così il rilascio di neurotrasmettitori e riducendo la tendenza alla scarica sincrona che caratterizza molte forme di epilessia.
Brivaracetam: un analogo più affine con un profilo di legame distinto
Brivaracetam, un analogo di levetiracetam di seconda generazione, mostra una affinità per SV2A da 10 a 30 volte maggiore rispetto al farmaco originario. Questa maggiore affinità permette dosaggi più bassi, con un profilo di efficacia e tollerabilità differente. Studi strutturali e biochimici indicano che brivaracetam riconosce la stessa tasca principale di SV2A, ma sfrutta interazioni aggiuntive che stabilizzano il complesso farmaco-proteina.
Il nuovo lavoro su SV2A offre un contesto tridimensionale più chiaro per queste differenze, aiutando a spiegare perché piccole modifiche chimiche nei derivati “racetam” possano tradursi in variazioni marcate di potenza e selettività.
La seconda tasca: modulazione allosterica e ruolo di UCB1244283
Oltre alla tasca principale, i ricercatori hanno caratterizzato una seconda tasca di legame, di tipo allosterico, dove si colloca il modulatore UCB1244283. L’allosteria indica che il ligando non occupa il sito “classico” del farmaco, ma un’altra regione della proteina in grado di influenzarne la funzione.
Nel caso di SV2A, il legame di UCB1244283 in questa tasca allosterica altera la dinamica della proteina in modo da potenziare o modulare gli effetti dei ligandi che occupano la tasca principale. Dal punto di vista del design dei farmaci, si tratta di un’osservazione cruciale: l’analisi di conservazione di sequenza mostra che il sito allosterico è meno conservato tra i diversi membri della superfamiglia MFS rispetto alla tasca principale. Questo apre alla possibilità di progettare molecole che si leghino selettivamente alla tasca allosterica di SV2A, evitando l’interazione con trasportatori imparentati e riducendo così il rischio di effetti collaterali.
Padsevonil: un farmaco che sfrutta entrambi i siti di SV2A
Padsevonil è un antiepilettico sperimentale progettato per avere un doppio meccanismo: da un lato si lega con alta affinità a SV2A (e alle isoforme SV2B e SV2C), dall’altro interagisce con il recettore GABA<sub>A</sub> in un sito simile a quello delle benzodiazepine. Studi farmacologici hanno evidenziato che padsevonil presenta cinetiche di dissociazione molto più lente da SV2A rispetto a levetiracetam e brivaracetam.
Le nuove strutture indicano che padsevonil può agganciarsi contemporaneamente alla tasca principale e a quella allosterica, occupando una conformazione estesa che coinvolge due regioni distinte di SV2A. Questo pattern di legame è coerente con la sua elevata potenza e con il profilo cinetico particolare, e suggerisce che molecole “bi-sito” potrebbero offrire un controllo più fine della funzione della proteina rispetto ai ligandi tradizionali.
Dalla struttura alla terapia: perché questo studio è importante per la stampa 3D di farmaci
Il collegamento con la stampa 3D nasce dal fatto che levetiracetam, uno dei ligandi principali di SV2A studiati nella struttura, è il principio attivo di SPRITAM®, il primo farmaco orale stampato in 3D approvato dalla FDA. SPRITAM utilizza la tecnologia ZipDose®, che consente di produrre compresse porose ad alte dosi ma con una rapida disintegrazione orale, facilitando l’assunzione soprattutto in bambini, anziani e pazienti con difficoltà di deglutizione.
Dal lato regolatorio, SPRITAM ha dimostrato che farmaci stampati in 3D possono soddisfare i requisiti di sicurezza ed efficacia delle agenzie regolatorie, alimentando l’interesse per la medicina personalizzata e per soluzioni come farmacie digitali e produzione on-demand.
Personalizzazione delle terapie: multi-farmaco e dosaggi su misura
La comprensione dettagliata delle interazioni tra SV2A e i diversi ligandi si combina con l’uso della stampa 3D per produrre compresse multi-farmaco e personalizzate. Progetti come quelli del Centre for Additive Manufacturing dell’Università di Nottingham stanno sviluppando toolkit per la stampa 3D di farmaci che permettono di combinare più principi attivi in un’unica compressa, modulando non solo il dosaggio ma anche il profilo di rilascio nel tempo.
In prospettiva, questo significa che sarà possibile abbinare farmaci con meccanismi diversi in una singola forma solida, definire pattern di rilascio temporizzati calibrati sul profilo di crisi del singolo paziente e scegliere tra ligandi che colpiscono la tasca principale, quella allosterica o entrambe, traducendo queste scelte in schemi terapeutici specifici supportati da forme di dosaggio costruite via stampa 3D.
In parallelo, altri lavori hanno mostrato come la stampa 3D possa supportare formulazioni alternative per l’epilessia, come supposte a base di CBD o compresse personalizzate, a conferma del fatto che l’additive manufacturing sta entrando in modo concreto nella farmacoterapia delle patologie neurologiche.
Verso nuovi modulatori di SV2A più selettivi e meglio tollerati
Gli autori dello studio sottolineano che il sito allosterico identificato in SV2A rappresenta un punto di partenza privilegiato per nuovi farmaci più selettivi. Poiché questa regione è meno conservata tra i diversi trasportatori MFS, molecole progettate per riconoscerla in modo specifico potrebbero limitare l’interazione con bersagli off-target e migliorare il profilo di tollerabilità.
Associando una comprensione strutturale dettagliata di SV2A e dei suoi ligandi alla flessibilità formulativa offerta dalla stampa 3D, diventa realistico immaginare in futuro schemi terapeutici per l’epilessia disegnati “su misura”, in cui il principio attivo, la combinazione di farmaci e la geometria della compressa lavorano insieme per ottimizzare efficacia, aderenza e qualità di vita del paziente.
